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      镍让合金钢大放异彩
      发布时间:2019-05-31浏览次数:5


      金属镍很少单独发挥作用,它的作用有时不易察觉,但镍始终能让相关技术、工艺和产品大放异彩。镍扮演着很多角色,有时坚硬有时柔软,具有导电性和磁性,能适应高温或低温,甚至能同时适应高低温。镍可以根据需求,以固体、溶液或合金的形态存在。

        

      金属镍很少单独发挥作用,它的作用有时不易察觉,但镍始终能让相关技术、工艺和产品大放异彩。镍扮演着很多角色,有时坚硬有时柔软,具有导电性和磁性,能适应高温或低温,甚至能同时适应高低温。镍可以根据需求,以固体、溶液或合金的形态存在。

        镍所发挥的每一项作用均取决于其固有特性,包括鲜为人知的微量营养元素作用,如含镍肥料等;镍金属氢化物电池和镍铬电池在公众心目中的重要性不如锂电池,但很少有人知道,在现代能源储存行业,主流锂化学成分研究过程中,镍起到了极大的作用;喷气发动机中采用的耐热性、降噪性镍超级合金泡沫绝热材料,可以减小飞机噪声印迹,让机场周围区域更适合人类居住;含镍不锈钢也开拓了新的应用领域,以确保机械和工艺运作更高效、更长久。

        镍主要用于不锈钢的制造,但有8%的镍用于制造合金钢,在数以千计的工程解决方案中共同发挥着重要作用。含镍合金钢不属于不锈钢范畴,合金钢包括多种铁基材料,含镍量从约0.3%(某些合金钢)到约20%(马氏体时效钢)不等。合金钢具有高于普通碳钢的强度、硬度、耐磨性以及韧性,一般用于动力输出、金属成型和切割设备,也可在碳钢韧性不足的特定低温环境下下使用。含镍合金钢在工具和机械制造方面起到了至关重要的作用。合金钢可根据特定属性适应特定的终端用途进行分类,虽然这些合金钢中镍的使用量不如不锈钢生产用量大,但它们应用非常广泛,因此是工业上重要的促成因素。

        可淬硬低合金钢

        可淬硬低合金钢属于铁基材料的一种,具有优于普通碳钢的机械性质。通过添加镍、铬和钼等合金元素,然后进行淬火(快速冷却)和回火热处理制成。如果淬火前将这些金属元素溶解于奥氏体中,那么就能有效提高可淬硬性。镍补足了铬和钼的淬硬效果,且在让淬火和回火热处理形成的硬质马氏体微观结构具有韧性的过程中起到了重要作用。可淬硬低合金钢常用于生产制造曲轴、齿轮和飞机起落架等。

        工具钢

        工具钢包含用于压模(冲压或挤出)、切割或剪切、模具制作或冲击应用(如锤子等工具)的多种高硬度、耐磨损钢材。其热处理方式类似于可淬硬低合金钢。

        空气硬化工具钢可减小快速水淬引起的变形,使其在耐磨性与韧性之间取得了平衡。塑料模具工具钢属于经过成型、渗碳、硬化和回火达到较高表面硬度的低碳钢,因此非常适合注塑模具和压铸模具。

        高强度低合金(耐候钢)

        高强度低合金的细粒结构使得其强度高于普通碳钢,这种细粒结构是通过影响转变温度实现的。在空气冷却过程中,奥氏体可以在较低温度下转变为铁氧体和珠光体。在HSLA钢材典型的低碳水平下,硅、铜、镍和磷等有色金属元素在细珠光体的生产中特别有效。添加的铬、铜和镍形成了一个稳定的锈层,可以附着在母材金属上,且其孔隙远少于普通结构钢上形成的锈层,由此大大降低了腐蚀速度,让这些钢材可在无涂覆状态下使用。

        镍钢

        含镍量较高(一般大于3%)的铁素体钢在0℃~-196℃温度范围内被广泛使用。这类应用包括液化烃气储罐以及在寒冷地区使用的结构和机械。这些钢材利用镍的作用降低冲击转变温度来提高低温韧性。

        在碳钢和大多数低合金钢中,温度降到24℃以下时,强度和硬度会增加,而拉伸延性和韧性会下降,而镍可以有效提高其低温韧性。

        含镍量9%的镍钢于1952年首次应用于制造液氧容器,主要用于制作液化天然气罐的内壳。选择镍钢而不选择奥氏体不锈钢的原因,是因为它在-196℃的极低温下可同时具备高强度和可靠的断裂韧性。

        马氏体时效钢

        马氏体是以较高速度对奥氏体进行淬火形成的钢材磁性结构。由于速度太快,碳原子没有时间以足够大的数量扩散到晶体结构之外以形成渗碳体,经过淬火后,奥氏体转变成一种碳过饱和的强应变结构,从而达到提高机械强度和硬度的目的。

        马氏体时效钢属于低碳铁镍合金,含镍量约为18%,还能与钴、钼、钛及其他有色金属铸成合金。这些合金经过淬火形成马氏体,然后在480℃~500℃条件下进行沉淀硬化热处理,以便促进Ni3Mo和Ni3Ti等金属间化合物的沉淀。马氏体时效钢的理想特性,一是室温下具有超高强度,经过简单的热处理就能保证极小变形,二是与类似强度水平的淬火钢和回火钢相比具有优良的断裂韧性,可焊性上佳,容易制作。这些钢材具有很高的断裂韧性,而其抗冲击疲劳强度表明它们能够有效地应对反复冲击载荷,例如机电零件中的载荷等。较低的热处理温度使其变形远小于可淬硬低合金钢的淬火变形,因此非常适合长薄零件。马氏体时效钢常用于制造飞机起落架,高级高尔夫球杆的正面以及整个头部也大量采用了此种材料。

        注释:

        奥氏体是指727℃以上温度下存在的钢材原子结构,也是一种非磁性铁碳固溶体。

        渗碳体是分子式为Fe3C的铁碳化合物。随着钢材含碳量的增加,渗碳体和珠光体的数量随之增加,其强度也会增加。提高含碳量是提高机械强度和硬度最简单的方式,但随着强度的增加,韧性会随之降低。减小粒径也可以提高机械强度,但韧性不会随之降低。

        夏比冲击是一项标准化试验,衡量一块标准尺寸的金属片断裂时吸收的能量。

        铁氧体是指727℃以下存在的钢材原子结构。铁氧体的碳溶解度低于奥氏体,因此钢材经冷却后温度低于727℃时,过量的碳将以渗碳体的形式被固定,并与铁氧体层叠形成珠光体。因此,室温下的钢材微观结构由铁氧体内的珠光体岛组成。

        可淬硬性是指钢材经过快速冷却(淬火)后能在特定深度达到特定硬度的能力。

        珠光体是由铁氧体层和渗碳体层交替组成的一种层状结构。

        沉淀硬化是一种热处理技术,可以促进使金属晶体结构变硬的金属化合物(金属间化合物)分散的细粒沉淀,从而提高可锻金属的机械强度或硬度。

        韧性是指材料吸收能量并发生塑性变形,从而在受压时抵抗断裂的能力。



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